三相异步电动机启动转矩对转速的曲线
电机特性曲线
••••••电气控制与PLC网络教学资源当前位置: 电气控制与PLC网络教学资源> 学习情境> 项目一货物升降机的继电-接触器控制> 正文1.1.3三相异步电动机的工作特性作者: Admin | 来源：| 点击: 517 | 发布时间: 2007-10-07异步电动机的转矩特性动画演示一、三相异步电动机的转矩特性异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。
式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V)；f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz)；s——电动机的转差率；R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω)；X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω)；C——与电机结构有关的比例常数。
为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。
图1-13异步电动机的转矩特性曲线二、异步电动机的机械特性1.电动机的额定转矩的实用计算式旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有P2=T2Ω(1-4)当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m)作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。
在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转/分(r/min)，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为式中T N——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m)；P N——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW)；n N——电动机的额定转速，单位是转/分(r/min).2.异步电动机的机械特性曲线将异步电动机的转矩特性曲线顺时针转过90度，并把转差率S换成转速n，即得如图1-14所示的曲线，我们称为异步电动机的机械特性曲线，可表示为n=f（T）。
电工技术：三相异步电动机的转矩与机械特性
二、机械特性
2.人为机械特性
人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子 回路电阻或电抗)的机械特性称为人为机械特性。
R2 m1 p U s T 2 R2 ' 2 2f1 ( R1 ) ( X1 X 2 ) s
2 1
二、机械特性
一、电磁转矩
2.参数表达式
Pem T 1
2 m1 I 2
R2 2 R2 m1 pU1 S S 2 2f 1 R2 2 2f 1 R1 ＋ X 1 X 2 p S
T与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（s）有关。 参数表达式用来分析或计算参数的变化对三相异步电动机运行性能的影响。
适用于绕线型异步电动机。
三相异步电动机的人为机械特性很多：
• 降低定子端电压的人为特性； • 改变转子回路的电阻的人为特性；
• 改变定转子回路电抗的人为特性；
• 改变极数后的人为特性； • 改变输入频率的人为特性等 一般重点研究降低定子端电压的人为特性和改变转子回路电阻的人为特性。
二、机械特性
（1） 降ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时的人为机械特性
一、电磁转矩
3.实用表达式
2Tmax T S Sm Sm S
TN 9.55 PN nN
实用表达式应用于工程计算中。 通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。
Tmax
PN mTN 9.55m nN
S m S N m 2 m 1
二、机械特性
电动机电磁转矩与转速之间的关系曲线，称为电动机的机械特性。
电压下降： • 理想空载速度不变； 定子电压 变化
三相异步电动机的机械特性曲线概要
sm
s 'm
0
T
Tst Tst
R2 得：S m X 20
T 令： 0 S
R2 R'2
R2的 改变 ： 鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同 绕线式电动机外接电阻不同
（牛顿•米）
三、电机的自适应负载能力
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整，这种能力称为自适应负载能力。 常用特
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I 电源提供的功率自动 1
增加。
n
性段
n0
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
n
n0
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
求 解
Tmax
T 0 S
Tmax
KU12
1 2 X 20
五、最大转矩
Tmax 过载系数： TN
三相异步机
1.8 ~ 2.2
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2） 工作时，一定令负载转矩 机将停转。致使 ，否则电 TL Tmax
电机严重过热
n 0 I 2 I1
六、起动转矩 Tst
n
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 ) 其中 n 0 (s 1)
则
n0
T
Tst
R2 2 Tst K 2 U1 2 R2 ( X 20 )
பைடு நூலகம்
Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst TL电机能
三相异步电动机运行特性
第13章 三相异步电动机运行特性
图13-1 异步电动机工作特性曲线
第13章 三相异步电动机运行特性
13.2 转矩特性
三相异步电动机的转矩特性是指在电源电压和频率为额定值，
并且电动机固有参数不变的情况下，电磁转矩与输出功率的关系
特性，即T=f(P2)的关系曲线。 电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载制动转矩相平衡，即
即启动电流也将达到最大值，三相异步电动机的启动电流一般可
达额定电流的4～7倍。启动电流的大小是
Ist I2
U1 (r1 r2 )2 (x1 x2 )2
(14-1)
第13章 三相异步电动机运行特性
较大的启动电流是十分有害的，对频繁启动的电动机来说， 会引起电动机过热而温升较高，使电动机绝缘材料老化，使用寿 命减少。对供电变压器来说，当变压器容量有限，输电距离较长 时，大的启动电流将造成变压器输出电压下降，并且会影响到同 一供电线路上的其他设备的正常工作。例如，在电动机启动瞬间， 照明灯会变暗，数控机床会失控等。
(14-2)
第13章 三相异步电动机运行特性
异步电动机启动时，在满足启动转矩的条件下，应尽量减小 启动电流。由式(14-1)和式(14-2)看出，降低启动电流的方法有三 种: 一是降低电源电压；二是增加定子回路电阻或电抗值；三是 增加转子回路电阻或电抗值。加大启动转矩的方法是适当增加转 子电阻。
第13章 三相异步电动机运行特性
空载时，输出功率P2=0，转子电流I2接近于零，转子转速n接 近于同步转速。由负载转矩公式T2=P2/Ω可知，随着负载的增大， 即输出功率的增大，输出转矩也将增大，以达到电磁转矩与负载 转矩平衡。而转子电流增大才能保证电磁转矩增大，也就是说转 子电动势E2s必须增大，因此，转子转速随着负载的增大而下降。 为了保证电动机负载时有较高的效率，转子铜耗不能太大， 因此 负载时转差率限制在比较小的范围内。所以，随着负载的增大， 转速降并不大。三相异步电动机的转速特性是一条稍向下倾斜的 曲线，特性曲线较硬，如图13-1所示。
三相异步电动机的机械特性
空载时损耗占比例大，效率低；随P2增 加，增加，当负载过大，铜损耗增加快，使 效率下降，如图所示。
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
效率曲线和功率因数曲线都是在额定负载附近 达到最高，因此合理选用电动机容量时，对电动 机的寿命、功率因数和效率都有很实际的意义。 5、功率因数特性cos1=f(P2)
§4－5 三相异步电动机的机械特性
本节要点： 一、三相异步电动机的工作特性 二、机械特性：n = f ( T ) ㈠固有机械特性曲线分析 ㈡人为机械特性 三、运行性能 1、运行状态 2、启动转矩倍数
3、过载能力 4、异步电动机机械特性的结论
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§4－5 三相异步电动机的机械特性
原因：是静止的转子导体与定子旋转磁 场之间的相对切割速度很大（n1）。将 产生很大的I2，使定子电流也增大。但 由于转子绕组的功率因数cosφ2很小， 由于Tst=CTφI2cosφ2，故启动转矩并不 很大。
只有当Tst达到一定值时，电动机才 能启动。
Tst>TL ，将 S = 1代入T公式，即 可得Tst 的表达式。
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§4－5 三相异步电动机的机械特性
⑵额定运行点（TN、nN） TN = 9.55 PN/nN
⑶临界工作点（Tm、nm） 当S = Sm 时，电磁转矩达到最大
值。
Sm ∈( 0.04，0.14 ) ⑷同步点（0、n1）
n = n1
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§4－5 三相异步电动机的机械特性
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
2、转矩特性T=f(P2) 空载时P2=0，电磁转矩T等于空载转矩 T0。随着P2的增加，已知T2=9.55P2/n， 如n基本不变，则T2为过原点的直线。 考虑到P2增加时，n稍有降低，故 T2=f(P2)随着P2增加略向上偏离直线。 在T=T0+T2式中。T0很小，且为常数。所 以T=f(P2)将比平行上移T0数值，如图所 示。
三相异步电动机的机械特性曲线
n1
n
A
Tem
0
C
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.3.2 反接制动 一、电源两相反接的反接制动
实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。
由于定子旋转磁场方向改变 , 理 想空载转速变为 n1 , s 1.
机械特性由曲线1变为曲线 2，工作点由A→B →C， n=0,制动过程结束。 绕线式电动机在定子两反 接同时,可在转子回路串联 制动电阻来限制制动电流 和增大制动转矩 ,曲线3。
B
A
Tem Tm
0
TN Tst
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、人为机械特性 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机 械特性。
1. 降压时的人为机械特性
U 1下降后, Tm 和 Tst 均下降, 但 sm不变, T 和 k st 减少。
s n n
0
1
TL
如果电机在定额负载下运 sm 行,U 1下降后, n 下降, s 增大, E 转子电流因 2 s sE2 增大而增 大,导致电机过载。长期欠压 过载运行将使电机过热，减 10 少使用寿命。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。 起动时，S2断开，转子串入频敏 变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。 起动时,f 2 f1,频敏变阻器铁损大,反 映铁损耗的等效电阻 Rm大,相当于转 子回路串入一个较大电阻。随着 n f2 上升, 减小,铁损减少,等效电阻 减小,相当于逐渐切除 Rm ,起动结 束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子 电路直接短路。
反接制动时，s>1，所以有
机械功率为 PMEC m1 I 22 1 s R2 0 s 2 R2 Pem m1 I 2 0 s
三相异步电动机的启动
三相异步电动机的运行
（2）绕线式三相异步电动机转子串 电阻启动时的机械特性曲线
在整个启动过程中，保持电动机的 转矩在Tst1和Tm之间变化，直到转子中 所串接的电阻器被全部切除，电动机便 稳定运行在额定转速，启动过程结束。
绕线型异步电动机转子串电 阻有级启动机械特性曲线
启动过程中铁损耗和等效电阻不断减小,相当于逐渐 切除转子电路串入的电阻。
绕线型异步电 动机转子串频 敏变阻器启动
三相异步电动机的运行
（2）绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器启动原理
启动时，频率最大，相应频敏变阻器的铁心中涡流损耗
最大，所以频敏变阻器的等效电阻也是最大，既限制了启动
电流，又提高了功率因数，增大了启动转矩。
三相异步电动机的运行
（3）绕线型异步电动机转子串电阻启动优缺点 既能减小启动电流，又能增大启动转矩，因此适合于重载 启动的场合，例如起重机械、卷扬机、龙门吊等。 价格昂贵，启动设备笨重，启动过程电能浪费多；电阻段 数较少时，启动过程转矩波动大；而电阻段数较多时，控制线 路复杂，所以一般只设计为2~4段。
3） 降压启动适用范围。
只适用于正常运行时定子绕组接成△形的笼式异步 电动机。
三相异步电动机 降压启动电路
三相异步电动机的运行
（2）定子绕组串电阻降压启动 1）定子绕组串电阻降压启动方法。
启动时，在定子绕组与电源之间串入启动电阻进 行分压，启动完毕时将电阻短接，电动机全压运行。
2）定子绕组串电阻降压启动原理。
定子绕组串电阻 降压启动原理图
三相异步电动机的运行
（3）自耦变压器降压启动
1）自耦变压器降压启动方法。
启动时，在定子绕组与电源之间串入自耦变压器来降 低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速上升到接 近额定转速时，再将电动机与自耦变压器断开，接入额定 电压,电动机在全压下加速到额定转速运行。
三相异步电动机的机械特性
1. 降低定子端电压U1的人为机械特性
2）最大转矩点
横坐标Tm ：
最大转矩Tm与定子端电压U1的 平方成正比，降低U1之后，最 大转矩Tm的值大幅度减小。
纵坐标nm： nm=n1(1-sm) =n1(1-R2/X2)
用平滑曲线连接这三个坐标 点，就得到了降低定子端电 压U1的人为机械特性。
1.降低定子端电压U1的人为机械特性
降低电压U1对电动机运行 性能的影响：
TL1 TL2
1）最大转矩Tm和启动转矩Tst 都大幅度减小，过载能力λ和 启动能力Kst都显著降低。 如果U1降低得太多，可能会因 为Tst<TL而无法启动，也可能 会因为Tm<TL而堵转。
长期欠压过载运行，电动机绕组的温升会超过允许值而损害 绕组的绝缘，甚至会烧毁绕组。
电动机的电气控制电路要设置欠电压保护：
1）电动机通常由接触器控制。接触器在其线圈电压下降到 85%UN时，会自动释放而切断电路，自带欠压保护功能。 2）低压断路器上有失压脱扣器，在低电压时会自动跳闸， 有欠压失压保护功能。 3）有时需要设置专门的欠电压继电器作欠压保护。
TL1 TL2 TL3
TL4
可采取的措施2：
电动机的固有机械特性
√ 换一台启动转矩Tst大于TL3，额定转矩TN与TL3相当的电动
机，带动TL3重新启动。
运行情况：
TN ≈ TL3，电动机会运行在额定状态附近，运行性能好。
★通过固有机械特性判断电机运行情况
参考答案4：
电动机带负载TL4不能启动， 绕组很快就会烧毁。
第1步： 从产品目录中查出电动机的外部参数值，计算出Tm和sm的 值，代入实用表达式，得到T = f ( s )。在转差率s的取值范 围内，计算出电动机若干个运行点的（s，T）坐标值。
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三相异步电动机启动转矩对转速的曲线
关于三相异步电动机启动曲线，随着转速的增加，转矩将逐渐增大，但过了最大转矩点后，转矩将随转速而下降。
关于这个，从转矩计算公司可以推导出最大转矩的值以及最大转矩点对应的转差率。
但是，从原理上，如何来解释这种现象，请各位达人踊跃发言
"从转矩计算公司可以推导出最大转矩的值以及最大转矩点对应的转差率。
但是，从原理上，如何来解释这种现象，请各位达人踊跃发言"
1、转速转矩特性曲线，就是大家常说的电机机械特性曲线；
2、最大转矩时的转速叫临界转速，转差率叫临界转差率；
3、在临界转差时，就是转子感抗增大到等于转子等效电阻的时候，也就是转差增大到转子感抗无功电流增大到等于转矩有功电流的时候；
4、也就是说功率因数角是45度了，功率因数是0.7；
"三相异步电动机启动曲线，随着转速的增加，转矩将逐渐增大"
如果从同步空载转动，转子转速下降，转差增大，直到临界转速、临界转差，转差继续增大，转速继续减小：
1、过了最大转矩，转差继续增大，感抗无功电流更迅速的增大，就大于有功转矩电流，有功转矩电流反而开始减小，这样就出现了转矩将随转速而下降的情况；
2、你要仔细看旋转磁场磁极下的转子导体电流方向严重不同，导体转矩相互抵消；
3、这就是感康电流作用的结果，因为感抗电流落后90°，它的电流在磁极下一半导体电流与另一半导体电流方向刚好相等；
"可以推导出最大转矩的值以及最大转矩点对应的转差率"
1、这个推导过程是有的，是经典理论里有的结果，电机学理论都有；
2、临界转速、临界转差率，就是转子感抗等于转子阻抗的时候；。